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首次公開演示麻醉手術|科學史上的今天:10/16

張瑞棋_96
・2015/10/16 ・1143字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

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1846年的今天,波士頓的麻省總醫院(Massachusetts General Hospital)的手術廳坐滿了醫師與學生,準備觀摩一場號稱可以令病患完全無痛的開刀手術。

莫頓公開示範切除腫瘤的麻醉手術。圖片來源:granger

是的,當時外科手術仍然是場醫生艱難、病患痛苦的奮戰過程。雖然可以利用鴉片、大麻或酒精來減輕疼痛,但尚無可以達到深度麻醉的有效方法。

觀眾們多半心存懷疑,準備幸災樂禍地看場好戲。因為去年有位牙醫師威爾斯(Horace Wells)也在這個手術廳要展示麻醉效果,他先讓志願上台的學生吸了笑氣(N2O),再動手拔牙,結果學生仍疼得大叫,威爾斯就在哄堂大笑與譏罵聲中狼狽地落荒而逃。

威爾斯最初因為是跟朋友去看「笑氣秀」,發現自告奮勇上前嘗試的朋友下台後仍一直猛笑,竟然渾然不覺自己腳部碰撞受傷,因此才想到可以用笑氣來麻醉。他決定先拿自己做實驗,他吸了笑氣之後,請朋友幫他拔牙,果然不覺疼痛,才信心十足地前來醫學院示範,不料落得如此下場。可憐的威爾斯,羞愧地關掉牙醫診所,改當四處巡迴的推銷員。然而,他內心卻仍耿耿於懷,繼續拿自己做麻醉實驗,最後竟成癮發瘋,於1848年自殺身亡。

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如今要來手術廳展示麻醉效果的莫頓(William T. G. Morton)跟威爾斯也有段淵源,兩人曾合開牙醫診所。沒錯,莫頓也是牙醫,因此學生們更是不抱期待。不過,莫頓這次帶來的可是他稱為「letheon」的新麻醉藥,兩個星期前他成功替患者麻醉拔牙,哈佛醫學院教授華倫(John Warren)看到報紙報導後,請他於今天來公開示範。

病床上躺的是脖子長了腫瘤的病患,他吸了letheon後沉沉睡去,華倫動刀切除腫瘤,病人全程毫無反應。手術後病人悠悠醒來,華倫確認病人無礙後,向全場宣布:「各位,這可不是騙人的。」這場成功的麻醉手術傳遍全世界,各國醫師紛紛效法,開啟了外科手術的新紀元。

莫頓大出風頭,卻未因此名利雙收,原來他所用的麻醉藥就只是已有三百年歷史的乙醚,他故意另取新名以申請專利。事實上,是化學教授傑克森告訴他乙醚有此作用的,而且隆恩醫生(Crawford W. Long)早在1842年3月30日就率先用來麻醉病人,摘除腫瘤。莫頓申請專利一事傳開後,他們兩人才出面表達異議。

回顧起來,如果隆恩不要藏私,就能提早幾年促成醫學的進步。其實日本的華岡青洲也是在1804年就用他發明的「通仙散」幫一名婦女麻醉,切除胸部腫瘤,但就像華陀在西元二世紀就發明的「麻沸散」,都因為他們敝帚自珍,不願公開配方而未對東方醫學產生正面影響。莫頓雖然備受抨擊,還不得善終(尚未半百就中風落水而亡),但說起來,他還是有功於麻醉手術的普及啊!

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本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1030 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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從《哈利波特》的尖叫植物認識麻醉史!——《奇怪的生物知識增加了》
聚光文創_96
・2021/10/09 ・1915字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • 作者/蘇仁福、曾明騰
  • 繪者/Oliver Wei、卡斯威爾

藥到命除

麻醉用的藥物其實自古就有,例如:酒精、曼德拉草(Mandragora)、天仙子、大麻、鴉片等等,有些醫師為了減輕病人的疼痛,甚至連催眠也用上了。

酒精的麻醉歷史最為古老,據說西元前三千年,人們就已經開始將酒精運用於麻醉之上。

除了酒精,鴉片的歷史也同樣淵源流長。

西元一五〇到二〇〇年,希臘軍醫迪奧斯科里德斯(Pedanius Dioscorides),則是不做選擇兩種都要,他使用的正是在《哈利波特》中擔任解藥一角的曼德拉草。

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《哈利波特》中的「魔蘋果」(即為曼德拉草)是喜怒無常的人形植物,尖叫聲極為致命。圖/GIPHY

迪奧斯科里德斯的麻醉配方,是以紅酒燉煮曼德拉草的根部,讓病人在進行截肢手術之前喝下,目的是為了使病人陷入沉睡並幫助止痛;他也是第一位使用麻醉(Anesthesia)這個術語的人。

在越過海洋的遙遠東方,同時期的華佗,則成為醫學史上第一位使用麻醉藥——也就是鼎鼎大名的「麻沸散」——來進行外科手術的醫師。

可惜的是,無論東方西方,這些麻醉藥物的處方並沒有流傳下來,湮沒在歷史之中;幾個世紀之後,回教世界的醫生又轉身投入各種草藥的懷抱,並且藉此來為病患止痛。

這些草藥不僅劑量難以控制,止痛的效果也同樣需要打上問號。許多病人不是在手術途中,因為疼痛而呼天搶地,就是悲傷的陷入長眠,從此一睡不醒。

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圖/聚光文創提供

別擔心,在現代的手術中,這些難以預期的草藥已經不再被人們使用;然而在那個遙遠的年代,強壯的助手依然是外科手術的必備要素。

如果你想問,在沒有麻醉的手術臺上,該如何處理疼痛問題?當然是忍啊!忍無可忍,就繼續再忍!畢竟,那個年代可沒有安心亞能幫你呼呼。

英國研究、美國取樂

「乙醚」的發現,無異是麻醉史上最重要的第一步。

這個玩意兒來自於十三世紀一位煉金術士的配方,因為其味甘甘,當時還被取名為「甜礬」。一直到十七世紀,一位來自瑞士的醫生(同時也是煉金術師)──帕拉塞爾蘇斯(Paracelsus)才發現,這傢伙除了甜,居然還具備著令人意外的止痛效果。

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只可惜,身為內科醫師的帕拉塞爾蘇斯和外科手術臺不熟,因此沒能發揮乙醚的鎮痛專才。

被稱為「笑氣」的氧化亞氮(Nitrous Oxide, N2O),則為麻醉史取得另一項重大的進展。

一七二二年,英國化學家普利斯特利(Joseph Priestley)首先發現了這種氣體;一八〇〇年,同為英國化學家的戴維(Humphrey Davy)則經由觀察得知,這款氣體可以讓吸入它的人感到十分愉快,並且興奮的捧腹大笑,他因此將它稱為「笑氣」。

之後,戴維更進一步的發現(這其實是他親自吸入後的心得),笑氣,居然也可以舒緩牙痛!再之後,戴維的助手法拉第也發現,吸入乙醚和吸入氧化亞氮的效果差不多,都能夠舒緩疼痛。

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無論是乙醚還是笑氣,即便它們的止痛效果在十八世紀已逐漸為人所知,依然要等到十九世紀的中期,才真正被人們當作麻醉劑使用。

戴維的笑氣實驗。圖/聚光文創提供

散播歡樂的笑氣,在傳入大西洋對岸的美國之後,成為一種超時髦的取樂方法。

除了用以享樂,當時還有兩種醫生,對笑氣的麻醉效果深感興趣。一種是需要進行深度全身麻醉的外科醫師,至於另外一種,則是需要進行局部麻醉的牙醫師們。

當時的美國醫學院與牙醫學院的醫學生們,甚至會不定時的舉辦「乙醚狂歡會」與「笑氣派對」,號稱吸了之後,恐怖感↓ 愉悅感↑,連大腦都在顫抖抖抖抖抖。

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一八四二年,一位參加過「乙醚狂歡會」的學生根據自身經驗,向他的牙醫波普(Eljia Pope)提出建議,認為乙醚或許可以幫助需要拔牙的病患來消除疼痛。

波普真的採納了這個建議,將乙醚使用在一位需要拔牙的女病患身上,這名女病患,因此成為史上第一位經歷「無痛拔牙」的患者。

說起來,無痛拔牙可真是個好東西,時至今日,因為醫學技術的進步與麻醉的普及,(成年的)病人也因此技術,不再視拔牙為畏途(應該吧)。

——本文摘自《奇怪的生物知識增加了》,2021 年 10 月,聚光文創

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聚光文創_96
6 篇文章 ・ 6 位粉絲
據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。

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差點懷才不遇的「乙醚」所掀起的麻醉風暴 ──《藥物獵人》
臉譜出版_96
・2018/09/04 ・4399字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

編按:數千年前人類便會從植物當中尋求藥效,但大多都是知其然而不知其所以然。時至今日,藥理學、合成化學、生理學等領域輩出,藥物的開發應當也是蛋糕一塊、小菜一碟吧?

但殘酷的現實是,藥物的開發呈現的卻是與科技發展相反的倒摩爾定律(Eroom’s law);你手中能與身體產生剛~剛好反應的小小藥物,累積了不計其數的金錢、耐心和運氣。《藥物獵人》一窺藥物發現的歷史,來看看獵人們如何衝鋒陷陣吧!

被大材小用的標準藥方「乙醚」

來自瑞士與德國的鍊金配方師帕拉塞爾蘇斯,是與科達斯同時代的人。他曾寫道,乙醚能讓雞昏睡「好一段時間」,且不會對雞隻造成傷害。不過,帕拉塞爾蘇斯並未想過,乙醚也可用來讓人類昏睡。同樣地,科達斯審慎實驗,耐心記錄下乙醚的幾種醫療用途,但是沒有紀錄顯示,他知道乙醚可做為麻醉劑。科達斯的乙醚配方在後續三個世紀,是醫用藥典裡的標準藥方,但卻沒有得到應有的重視,它可當做化學溶劑,也是頭痛、暈眩、癲癇、痲痺、歇斯底里、風濕病與諸多疑難雜症的用藥(想必非常沒用)。即使到了 19 世紀,最有遠見的醫師對於礬油用途的想法,仍不比中世紀藥師高明到哪裡去。

乙醚 (C2H5)2O。 圖/wikipedia

1812 年《新英格蘭醫學雜誌》(New England Journal of Medicine)創刊號的第一頁,出現了乙醚的建議用途。約翰.沃倫醫師(Dr. John Warren, 1753-1815)是哈佛醫學院的創辦人之一,是當時相當德高望重的人,他在期刊創刊號發表了一篇治療心絞痛的文章。心絞痛發作時,會覺得胸口被擠壓,相當疼痛。如今我們知道心絞痛是心臟缺氧所造成,但沃倫缺乏足夠的心絞痛知識,於是他推論出一套療法如下(但未必可信):腳泡熱水、放血、硝酸銀、惡臭樹膠、吸菸、鴉片,最後則是乙醚。

乙醚不僅是醫師推薦的心絞痛療法,到了 1830 年,一般人都知道乙醚是娛樂性毒品。比方說,維多利亞時代衣著拘謹的富家子弟,就會在宴會中使用乙醚狂歡,只為進入痴痴傻笑的狀態。他們吸了礬油的揮發氣體之後,走起路來踉蹌歪扭,有時撞到家具,甚至昏了過去。醫師也會把乙醚當做處方,用來消毒,或當做清潔溶液、咳嗽藥的去痰劑、驅風劑(治療脹氣),更令人難以置信的是,有時還結合更有效的芳香氨醑(aromatic spirits of ammonia),以臭味刺激昏倒的人。

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不過,乙醚存在這麼久以來,倒是有一種醫療用途還沒被發現

維多利亞時代貴族極講求日常道德與禮儀規範,乙醚狂歡是少數可以放縱的時刻。 圖/《Victoria》劇照 via IMDb

在那個外科手術沒有殺菌與麻醉的危險年代

在 19 世紀中葉以前,外科手術並不常見。原因之一是外科手術很危險,任何手術都難逃感染的後果,病患最後仍常難逃一死。在 19 世紀晚期的疾病細菌論確立前,人們鮮少執行殺菌法。原因之二更糟,時人關於感染途徑的知識若非過於簡單,就是完全不存在,因此若非必要,不會動刀。

而最後一點則是,當時外科手術是不使用任何麻醉劑的,過程痛苦得不得了。

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18 世紀的截肢手術。 圖/wikipedia

很難想像在沒有麻醉劑之前,外科手術究竟如何進行。不過我們可從喬治.威爾森(George Wilson)的說法中略知一二。威爾森是知名的醫學教授,在 1834 年面臨足部截肢的命運。他敘述了這恐怖的過程:

我感到巨大、黑暗的恐慌,有如遭到人神遺棄,幾近絕望。恐懼席捲我的理智,戰勝我的心靈。我樂於遺忘,卻永難忘懷。手術過程不僅引起疼痛,且感知莫名敏銳,即使有經驗的病人早已告訴我會有這情況,但如今回想起來,器具擺開時多令我不寒而慄,駭人景象歷歷在目:止血器扭轉、劃下的第一刀、以手指觸摸截下的骨骼、壓在皮片上的海綿、綁起血管、縫起皮膚、切下的肢體血淋淋放在地上。

在 19 世紀上半葉,手術是緊急的醫療手段,例如透過截肢來防止壞疽奪命、將感染的膿瘡引流,或以膀胱切開術來清除結石(這是少數比手術本身更痛苦的疾病)。手術刀下的病人會痛苦扭曲,根本不可能講究細膩的下刀技術。手術要能成功,最佳策略就是速戰速決。程序愈快完成,病人就能少點疼痛,也愈不會痙攣。

19 世紀初,觀看手術的人會坐在長廊,拿出懷錶,計算手術總時間。比方說,蘇格蘭外科醫師羅伯特.李斯頓(Robert Liston, 1794-1847)在倫敦大學學院醫院(University College Hospital)動手術時,便是以手法快速馳名。他曾在一次腿部截肢手術中,匆忙間連病人的睪丸也切掉了。在另一次快速的截肢手術中,李斯頓雖然饒過病人的睪丸,卻意外切斷助理的兩根手指。後來病人與助理雙雙死於壞疽,而一名在旁觀看這場手術的人,看見李斯頓匆忙揮舞手術刀,刀子戳破了外套,還以為李斯頓被戳死,因此嚇得休克,一命嗚呼。

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在麻醉劑出現之前的年代,手術就是這麼危險。

如何不疼痛?牙醫威廉.莫頓的乙醚實驗

由於減輕手術疼痛的需求相當迫切,醫師開始試驗諸多可能當成麻醉劑的東西。酒精、印度大麻製劑(hashish)與鴉片都曾入列,但效果差強人意。雖然這些東西可稍微讓感知遲鈍,卻不足以麻痺手術刀割開肌肉的痛楚。至於物理學的應用方法,例如把肢體放在冰中,或者用止血器使之麻木也都無法奏效。疼痛總能趁虛而入。有些外科醫師比較大膽,甚至過分到把病人掐昏,或是乾脆重擊頭部,讓病人失去意識──盡管多數醫師懷疑這樣是否利大於弊。

在 19 世紀外科醫師所受的訓練中,血腥就和空氣一樣稀鬆平常,病人會不停扭動與吶喊,而手術就是要快手快腳。或許正因如此,一名不屬於外科的醫師開始思考能不能無痛手術。他便是波士頓牙醫威廉.莫頓(William T. G. Morton, 1819-1868)。

1843 年,24 歲的莫頓娶了前國會議員的姪女伊麗莎白.惠特曼(Elizabeth Whitman)。惠特曼家世顯赫,有貴族血統的父母看不起莫頓的職業──當時牙醫的地位不比理髮師高到哪去。惠特曼夫婦雖答應女兒嫁給莫頓,但條件是,莫頓要學地位崇高許多的醫學。

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威廉.莫頓的乙醚麻醉實驗,徹底改變了世界醫療史。 圖/wikipedia

1844年秋天,莫頓乖乖進入哈佛醫學院,這時他上了查爾斯.湯瑪斯.傑克遜醫師(Dr. Charles T. Jackson, 1805-1880)的化學課。傑克遜熟稔乙醚的藥理特性,包括麻醉效果。但,即使傑克遜這樣優秀的執業醫師,顯然也未曾認真思考過在外科手術中使用乙醚的可能性。莫頓在傑克遜的一堂課中學到乙醚,而乙醚能讓人昏睡的強烈功用令他深感興趣,於是他以自己的寵物犬做實驗,並記錄道:

1846 年春,我以美國水獵犬做實驗,把牠的頭塞進底部有硫醚(sulfuric ether)的廣口瓶……牠吸入揮發氣體,不一會兒就在我手上完全癱軟。之後,我把瓶子移開。大約過了三分鐘,牠醒過來,大聲吠叫,蹦蹦跳跳進入十呎外的水潭中。

莫頓也以母雞和幾條金魚做實驗,全都癱軟。經過幾次成功經驗,莫頓自己鼓起了勇氣,吸入這聞起來有甜味的氣體。他昏了過去,之後又完全恢復,沒發現任何明顯的不良後果。最後,莫頓認為把乙醚應用在真正病患身上的時機到了。莫頓在他的波士頓診所執行了世上第一次無痛拔牙,拔的是一名商人的爛牙。根據記載,這位感激涕零的商人名叫艾本.佛洛斯特先生(Mr.Eben Frost):

傍晚時,一名男子進來,看起來疼痛不堪,想要拔牙。他說他很怕手術,因此詢問能不能先催眠。我告訴他,我有更好的東西。於是我將手帕用乙醚浸濕,交給他,讓他吸入。他幾乎馬上失去意識。當時天已黑,海頓醫師(Dr. Hayden)提著燈,而我用力拔掉這對尖齒。病人脈搏沒有什麼變化,肌肉也沒有放鬆。他一分鐘後恢復,根本不知道發生了什麼事。

眾所矚目在公開手術中的乙醚測試

1846 年 10 月 1 日,《波士頓日報》(Boston Daily Journal)刊登了莫頓的神奇實驗手術過程。這事傳到亨利.畢格羅(Henry Bigelow)的耳中,他是哈佛醫學院的年輕外科醫師。畢格羅很有興趣,說服麻州總醫院(Massachusetts General Hospital)聲望卓越的外科醫師主任,為莫頓安排公開測試。這可是大事一樁,堪稱 19 世紀醫學界的《美國偶像》選秀賽(American Idol)。麻州總醫院是當時全美國最受敬重的醫院,外科醫師主任是享譽全國、六十八歲的約翰.柯林斯.沃倫(John Collins Warren)。沃倫曾在父親創辦的哈佛醫學院擔任院長,也是《新英格蘭醫學雜誌》的重要推手。

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這會兒突然事關重大,莫頓自知,他得承擔起極大的風險。在默默無聞的牙醫診所玩弄乙醚是一回事,畢竟沒有人對於粗魯任性的牙醫這門偽專業有多大期待。但是在醫學體系裡的菁英面前,於攸關生死的外科手術中測試藥物的性質,又是另一回事。1846 年 10 月 16 日,超過五十名心存懷疑的觀眾聚集在麻州總醫院手術堂,包括諸多美國頂尖外科醫師。有些人是真心好奇乙醚的效果,但大部分是想看一名江湖騙子公開出糗。

這次病患名為愛德華.吉爾伯特.亞伯(Edward Gilbert Abbott),頸部有個鼓起的巨大腫瘤。切除這腫瘤將會疼痛不堪──至少過去經驗是如此。現場有兩名壯漢護理員待命,準備和平常一樣,負責按住手腳胡亂揮舞、尖聲吶喊的病人。但是這次會不會有所不同呢?

觀眾坐在高處的成排座椅,病人被推進手術劇場。沃倫站在一旁等待。時鐘滴答滴答響,一分一秒過去,手術開始的指定時間已經過了,但莫頓沒有出現。沃倫轉身朝向觀眾說:「莫頓醫師沒來,他應該是有事。」病人咬緊牙關,外科醫師舉起手術刀。

美國畫家 Thomas Eakins 描繪賓州大學 David Hayes Agnew 醫生手術課的畫作。 圖/wikipedia

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忽然,莫頓大步走上舞台。他遲到乃事出有因。由於過去未曾有人在外科手術中使用乙醚,因此缺乏讓乙醚穩定揮發的應用方法。莫頓一直忙著打造新儀器:一種圓底的化學燒瓶,裡面有泡過乙醚的海綿。燒瓶有兩個和銅管相連的開口,透過精巧的皮片裝置,可從一個開口中抽出乙醚海綿上方的空氣,並讓患者從另一個洞口吸氣。

沃倫後退一步說:「先生,您的病人已準備就緒。」莫頓就在沉默卻不帶同情的目光中,用他精心設計的玻璃道具來施打乙醚。病人慢慢吸了幾口揮發氣體之後,雙眼便緩緩閉上。莫頓對外科醫師說:「沃倫醫師,您的病人已準備就緒。」

手術於是展開。手術刀深深劃入病人脖子時,病人毫無反應。即使如此,他胸部緩緩起伏,顯示他還活著,且有呼吸。觀眾莫不瞠目結舌。如今,我們把麻醉劑視為理所當然,但當時的醫師肯定認為這有如魔法—某種神奇物質能讓心靈完全失去感知,然而身體的生理運作卻不受影響。這是醫學革命性的一刻,就像火藥對戰爭的影響,或是飛機為交通帶來創新。手術結束時,沃倫醫師轉身面對觀眾說:「各位先生,這絕非胡說八道。」

話一傳開之後,乙醚馬上成為每項大型手術的必備要件,需求量暴增。但是要滿足龐大的客訂需求,卻有很大的障礙。乙醚不容易製造,這需要先進的化學調配技術,那是藥房專業之外的範疇了。

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本文摘自《藥物獵人》,臉譜出版,2018 年 4 月出版。

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